【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータによりエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械のエンドエフェクタの位置もしくは位置及び姿勢の誤差の補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械やロボットなどアクチュエータによって、主軸、工具、ハンド、その他（以下まとめてエンドエフェクタという）の位置及び姿勢を制御する機械において、その機構の幾何学的な誤差をゼロにする、あるいは測定することは非常に困難であり、その誤差の影響によりエンドエフェクタの位置及び姿勢には誤差が含まれていた。このエンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するために、特許文献１では、複数の既知の基準点を有する治具にロボットのエンドエフェクタを位置合わせし、ロボットに付設した位置検出器によりその時の位置を検出し、検出した位置と予め測定されている基準位置とのずれより前記ロボットの機構の幾何学的な誤差を推定して、この誤差を補正することにより前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２１１８０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ロボットのエンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差の補正においては、前記治具を高精度に製作する必要があり、又、前記ロボットのエンドエフェクタを前記治具に高精度に位置合わせすることが難しいという問題があった。また、前記エンドエフェクタのような他の部材に支えられた被測定物の位置及び姿勢を測定するコンパクトな測定装置がなかった。
【０００５】
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、アクチュエータによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御することができる機械において、エンドエフェクタと本機固定部の距離あるいはエンドエフェクタの位置もしくは位置及び姿勢の測定をすることができる測定装置による測定値に基づいて、前記機械の機構の幾何学的誤差を推定して補正し、前記エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正する機械の誤差補正方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置に位置決めしエンドエフェクタ上の１点と基台上の３点との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めたエンドエフェクタの基台に対する位置と指令位置との差が最も小さくなるように前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するものである。
【０００７】
請求項２の発明は、アクチュエータにより基台に対するエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械において、前記エンドエフェクタの指令値と実際の位置との誤差を補正する方法であって、前記エンドエフェクタを任意の複数の位置に位置決めし、エンドエフェクタ上の３点に対する基台上の３点各々との距離をそれぞれ測定し、測定値に基づいて前記任意の複数の位置におけるエンドエフェクタの位置と姿勢を求め、前記任意の複数の位置全てにおいて求めた位置と姿勢とエンドエフェクタの指令値とより前記機械の機構の幾何学的誤差を推定し、この幾何学的誤差を補正値とすることにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具現化した実施の一形態を図面を基に説明する。図１は第１の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示す。
【０００９】
測定基準ＯＢとなる基台１の上に３つの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃが取り付けられ、それぞれの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃには鋼球３ａ、３ｂ、３ｃが固定されている。図示しない部材に支えられた被測定物７に自在継手固定部材４が取り付けられ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定されている。測長装置６はいわゆるダブルボールバーのような測定装置であり、両端に磁気を帯び、鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの何れか１ヶ及び鋼球５を受ける部材を有し、鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの何れか１ヶと鋼球５の間に磁力によって取り付けられる。鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ及び鋼球５は自在継手として機能し、磁力によって取り付けられた測長装置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向に傾くことができる。
【００１０】
続いて第１の実施形態での測定方法を説明する。基台１の上に３つの自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１１】
まず鋼球３ａと鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３ａと鋼球５の中心点間距離を測定する。位置が既知の３点とある別の点との距離を夫々測定しその点の位置を特定する３点測量の要領で、上記測定を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰返し行い、鋼球３ｂと鋼球５の中心点間距離及び鋼球３ｃと鋼球５の中心点間距離を測定する。測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置及び被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を求める。なお、測定精度を向上させるために上述の測定を３回に限らず４回以上行い平均をとるなどしてもよい。
【００１２】
図２は第２の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００１３】
第２の実施形態では、測定基準ＯＢとなる基台１の上にサドル１３が摺動可能に載置されモータ１１によりＸ軸方向に移動し、その位置が位置検出器１２により検出される。更にサドル上にはテーブル８が摺動可能に載置されモータ１４によりＹ軸方向に移動し、その位置が位置検出器１５により検出される。自在継手固定部材２はテーブル８に取り付けられ、その先端に鋼球３が固定されている。従って、鋼球３及び自在継手固定部材２は、モータ１１によるサドル１３の移動及びモータ１４によるテーブル８の移動によりＸＹ平面内の任意の位置に位置決めすることができる。測長装置６は鋼球３と自在継手固定部材４を介して被測定物７に取り付けられた鋼球５との間に磁力によって取り付けられる。
【００１４】
続いて第２の実施形態での測定方法を説明する。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。被測定物７に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１５】
次に、モータ１１及びモータ１４によりサドル１３及びテーブル８を移動させテーブル上の鋼球３を任意の位置に位置決めし、測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を位置検出器１２、１５により検出する。その後、鋼球３と鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。同様にして鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。測定した３ヶ所の位置における鋼球３と鋼球５のそれぞれの中心点間距離、測定基準ＯＢに対する３ヶ所の位置における鋼球３の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置を求める。
【００１６】
図３は第３の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００１７】
第３の実施形態では、被測定物７に３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定された自在継手固定部材９が取り付けられている。続いて第３の実施形態での測定方法を説明する。基台１の上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手固定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００１８】
次に、鋼球５ａと鋼球３ａの間に測長装置６を取り付け、鋼球５ａと鋼球３ａの中心点間距離を測定する。上記測定を各々別の鋼球３ｂ、３ｃに対して繰返し行い、鋼球５ａと鋼球３ｂの中心点間距離及び鋼球５ａと鋼球３ｃの中心点間距離を測定する。測定した鋼球５ａと鋼球３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの中心点間距離及び測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置から測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心点の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５ｃに取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００１９】
また、上述の測定方法とは別の方法を以下に説明する。図４は、基台１に取付けられた６つの鋼球３と被測定物７に取付けられた３つの鋼球５との中心点の位置関係を６自由度パラレルメカニズムと想定し示したものである。図４において、固定節ＴＢにある対偶Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６は基台１に取付けられた６つの鋼球３の中心点であり、可動節ＴＰにある対偶Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は被測定物７に取付けられた３つの鋼球５の中心点であり、節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は夫々測長装置６で測定した鋼球３と鋼球５との中心点間距離である。節Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の長さから、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより移動節ＴＰの位置と傾きを求めることができる。したがって、被測定物７の基準ＯＨと自在継手固定部材９と３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃとの位置関係から、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２０】
なお、図４において固定節ＴＢの対偶を対偶Ｂ１からＢ６の６つであるとしたが３つでもよく、移動節ＴＰの対偶を対偶Ｐ１からＰ３の３つであるとしたが６つでもよい。
【００２１】
図５は、基台に取付けられた６つの鋼球と被測定物に取付けられた６つの鋼球との中心点間距離から測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置の１例の斜視図である。６つの鋼球３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆと鋼球５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの中心点の関係は空間６自由度パラレルメカニズムであるため、測長装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆにより夫々の鋼球の中心点間距離を測定し、この測定値を基にパラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の基準ＯＨと６つの鋼球５の位置関係から、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２２】
又、対偶を３つにした場合は、片側の節が２本の二又自在継手を用いる。図６は二又自在継手の１例としての二又球面自在継手である。節２１がソケット２２に取り付けられ、ソケット２２と蓋２３の間にはめ込まれている半球２４に節２６が取り付けられ、半球２５に節２７が取り付けられている。この構成により、半球２４と半球２５は夫々が持つ平面に垂直で且つ夫々の持つ円の中心点を通る軸を中心にして互いに回転運動することができ、ソケット２２内であらゆる方向に傾くことができる。尚、二又自在継手はここで挙げた球面継手に限るものではなく、回転軸受けを組み合わせたものなどでもよい。
【００２３】
図７は第４の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第４の実施形態では、第２の実施形態に対し、被測定物７に３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃが固定された自在継手固定部材９が取り付けられる点が異なる。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５ａ、５ｂ、５ｃを固定した自在継手固定部材９を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００２４】
次に、第２の実施形態と同様、モータ１１及びモータ１４によりテーブル８上に取り付けた鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５ａの中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５ａの中心点の位置を求める。同様に、測長装置６を鋼球５ｂ、５ｃに取付け上記測定を各々行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５ｂ、５ｃの中心点の位置を求める。求めた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００２５】
また、テーブル８を移動させることにより３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付けた３つの鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と鋼球５ａ、５ｂ、５ｃの中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２６】
図８は第５の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第５の実施形態では、被測定物７に鋼球５が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられるが、第３の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もしくは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。基台１の上に３つ以上の自在継手固定部材２ａ、２ｂ、２ｃ及び鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５を固定した自在継手固定部材１０を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。自在継手固定部材１０の基準と回転中心軸の関係を予め既知にしておくことにより、任意の角度に位置決めした際にも鋼球５の中心点位置は既知となる。なお、鋼球５は自在継手固定部材１０には回転中心軸に対して偏心させて固定されている。
【００２７】
まず、自在継手固定部材１０を任意の角度に位置決めし、測長装置６により鋼球５と３つの鋼球３ａ、３ｂ、３ｃの中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自在継手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決めし同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３つの角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００２８】
また、基台１の上に取り付けられた３つ以上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと被測定物７に取り付けられ３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した鋼球３ａ、３ｂ、３ｃと３ヶ所の鋼球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００２９】
図９は第６の実施形態を示す測定装置の１例の斜視図であり、測定基準ＯＢに対する被測定物７の基準ＯＨの位置及び被測定物７の姿勢を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。第６の実施形態では、被測定物７に鋼球５が固定された自在継手固定部材１０が取り付けられるが、第４の実施形態に対し、自在継手固定部材１０もしくは被測定物７が角度割り出し可能な回転機構を持ち、自在継手固定部材１０は或る回転中心軸に対して回転し、任意の角度で位置決めできる点が異なる。テーブル８上に自在継手固定部材２及び鋼球３を取り付け、テーブル８が特定の位置に位置決めされた時の測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定及び位置検出器１２、１５により既知にしておく。更に、被測定物７に鋼球５を固定した自在継手固定部材１０を取り付け、被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。自在継手固定部材１０の基準と回転中心軸の関係を予め既知にしておくことにより、任意の角度に位置決めした際にも鋼球５の中心点位置は既知となる。なお、鋼球５は自在継手固定部材１０には回転中心軸に対して偏心させて固定されている。
【００３０】
まず、自在継手固定部材１０を任意の角度に位置決めし、次いで第４の実施形態と同様、モータ１１及びモータ１４により鋼球３を移動させ、任意の３ヶ所の位置で測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置及び鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定し、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求める。次に、自在継手固定部材１０を上記と異なる任意の角度に位置決めし同様の測定を行い、測定基準ＯＢに対する鋼球５の中心点の位置を求めることを繰返す。以上より求めた３つの角度の位置における鋼球５の中心点の位置及び既知である被測定物７の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置から、被測定物７の基準ＯＨの位置と姿勢を求めることができる。
【００３１】
また、テーブル８を移動させることにより３ヶ所に位置決めさせた鋼球３と被測定物７に取り付けられ３つの角度に位置決めさせた鋼球５の中心点の位置の関係を空間６自由度パラレルメカニズムと想定し、測長装置６を用いて測定した３ヶ所の鋼球３と３ヶ所の鋼球５の中心点間距離を基に、パラレルメカニズムの順機構変換を行うことにより、被測定物７の位置及び姿勢を特定することができる。
【００３２】
第１の実施形態から第６の実施形態に関して、自在継手固定部材２と基台１もしくはテーブル８は一体でもよく、鋼球３は直接基台１もしくはテーブル８に取り付けられてもよく、自在継手固定部材２と鋼球３は一体でもよい。また、自在継手固定部材４もしくは自在継手固定部材９もしくは自在継手固定部材１０と鋼球５は一体でもよい。さらに、測長装置６の両端もしくは片端に鋼球３及び／もしくは鋼球５が予め固定されていてもよく、その場合、自在継手固定部材２及び／もしくは自在継手固定部材４もしくは自在継手固定部材９もしくは自在継手固定部材１０は磁気を帯びた鋼球取り付け部を有する。さらにまた、自在継手としてはあらゆる方向に傾くものであればよく、鋼球と磁気を帯びた受け部の組み合わせだけではなく、球面継手や回転継手を複数組み合わせた継手でもよい。また、測長装置６としてダブルボールバーを挙げたが、本発明はこれに制限されるものではなく、リニアエンコーダ等により広い測長範囲を有する測長装置などでもよい。また、基台１の上に３つ以上の鋼球３ａ、３ｂ、３ｃを取り付ける形態の測定装置においては、図５に示すように複数個の測長装置を用い、複数個の鋼球の中心間距離を同時に測定するようにしてもよい。
【００３３】
図１０は請求項１又は２の発明の誤差補正方法に係わるアクチュエータによってエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械の１例としての空間６自由度のスチュワートプラットフォーム型パラレルメカニズム工作機械の斜視図である。工具取り付け部を有するエンドエフェクタ３２は自在継手３３を介してボールねじ３４に取り付けられ、ボールねじ３４は自在継手３５を介してフレーム３７に取り付けられる。自在継手３５に取り付けられたサーボモータ３６によってボールねじ３４のナットを回転させ、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さを変えることにより、エンドエフェクタ３２の位置と姿勢を制御する。エンドエフェクタ３２に工具を取り付け、テーブル３１に加工物を乗せ加工を行う。テーブル３１とフレーム３７は固定されているため、一体であると考えても良い。
【００３４】
このような機械には、エンドエフェクタ３２の基準点に対する自在継手３３の回転中心点の位置誤差、自在継手３５の回転中心点の位置誤差、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さ誤差など、設計値に対する幾何学的誤差（誤差パラメータ）があり、この誤差の影響により、指令に対してエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢に誤差が含まれる。請求項１又は２の発明は、この誤差パラメータを推定し補正することによってエンドエフェクタ３３の位置及び姿勢の誤差を補正する方法を提供するものである。
【００３５】
図１１は第７の実施形態に用いる装置の一例の斜視図であり、テーブル３１に設けられた鋼球３の中心とエンドエフェクタ３２に設けられた鋼球５の中心間の距離を測定する測定装置を示すもので、同一の構成には同一の番号を付し説明を省略する。
【００３６】
測定基準ＯＢとなるテーブル３１の上に自在継手固定部材４１が取り付けられ、自在継手固定部材４１には鋼球３が固定されている。図示しない部材に支えられたエンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４が取り付けられ、自在継手固定部材４には鋼球５が固定されている。測長装置６は両端に磁気を帯び、鋼球３と鋼球５の間に磁力によって取り付けられる。鋼球３及び鋼球５は自在継手として機能し、磁力によって取り付けられた測長装置６は球の中心点を中心としてあらゆる方向に傾くことができる。
【００３７】
続いて第７の実施形態での測定方法を図１２に基づき説明する。テーブル３１の上に自在継手固定部材４１及び鋼球３を取り付け、測定基準ＯＢに対する鋼球３の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。更に、エンドエフェクタ３２に自在継手固定部材４及び鋼球５を取り付け、エンドエフェクタ３２の基準ＯＨに対する鋼球５の中心点の位置を予め測定等により既知にしておく。
【００３８】
ステップＳ１において、鋼球３と鋼球５の間に測長装置６を取り付け、鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。上記測定をエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を変えて複数回繰返し行い、複数の鋼球３と鋼球５の中心点間距離を測定する。
【００３９】
ステップＳ２において、複数の測定した鋼球３と鋼球５の中心点間距離から、誤差パラメータを推定する。その例を以下に述べる。誤差パラメータを変えることによりエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢が変わることを表す式を数１とする。
【００４０】
【数１】
Ｘ＝ｈ（Ｅ）
ただし、
Ｅ；ｎ（正の数）個の誤差パラメータ
Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢
【００４１】
上述のようにエンドエフェクタ３２の基準とエンドエフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の鋼球５の中心点との位置関係は既知にしてあるため、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から鋼球５の中心点の位置は数２にて求めることができる。
【００４２】
【数２】
Ｙ＝ｈ’（Ｅ）
ただし、
Ｙ；エンドエフェクタ３２に取り付けられた測定装置における鋼球５の中心点の位置
【００４３】
測定基準である鋼球３の中心点とエンドエフェクタ３２に取り付けられた鋼球５の中心点との中心間距離の測定値が計算値と同じであるとするならば数３が成り立つ。
【００４４】
【数３】
ｆ（Ｅ）＝ｍｋ ２−（Ｙｋ−０）２＝０
ただし、
ｍｋ；ｋ（正の数）番目の測定値（鋼球３と鋼球５との中心間距離）
Ｙｋ；ｋ（正の数）番目の測定時の、鋼球５の中心点の指令位置
０；測定基準の位置（鋼球３の中心点の位置）
【００４５】
実際には誤差パラメータの影響で数３は０にならない。
そこで、全ての測定値に対して数４のＦが最小になるように、誤差パラメータＥを数値計算で求める。数値計算としてはＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法などを用いる。
【００４６】
【数４】
【００４７】
上述のスチュワートプラットフォーム型のパラレルメカニズム工作機械における誤差パラメータは、エンドエフェクタ３２の基準点に対する自在継手３３の回転中心点の誤差を含んだ位置、機械の基準点に対する自在継手３５の回転中心点の誤差を含んだ位置、自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の長さであるとし、ボールねじ３４、自在継手３３、自在継手３５の１組について数５で表すことができる。
【００４８】
【数５】
Ｌｉ＝｜Ｂｉ−ＭＸ（Ｐｉ）｜
ただし、
ｉ；１から６
Ｐｉ；エンドエフェクタ３２の基準点に対する各自在継手３３の回転中心点の誤差を含んだ位置
Ｘ；エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢
Ｍ；ある点を指定した位置及び姿勢Ｘに移動させる演算子
Ｂｉ；機械の基準点に対する各自在継手３５の回転中心点の誤差を含んだ位置
Ｌｉ；自在継手３３と自在継手３５の間のボールねじ３４の誤差を含んだ長さ
【００４９】
尚、数５は非線形連立方程式になるため、数５において、ある誤差パラメータの値におけるエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢Ｘを求めるためには、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法などの数値計算で解法する。この計算は数１に相当し、エンドエフェクタ３２の基準点とエンドエフェクタ３２に取り付けられる測定装置上の鋼球５の中心点との位置関係が既知なことから、数５のＰｉを鋼球Ｐ５の中心点に対する各自材継手３３の回転中心点の位置とすることにより数２に相当する鋼球５の中心点の位置を求めることができる。エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を任意に変えて測定を行い、得られた測定値を用いて数４を数値計算することにより、上述の誤差パラメータを求めることができる。
【００５０】
ステップＳ３において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象機械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を行うことができる。
【００５１】
次に図１又は図２に示した測定装置を用いてエンドエフェクタ３２の位置を測定し、誤差パラメータを推定し補正することによりエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差の補正を行う第８の実施形態での補正方法を図１３に基づき説明する。
【００５２】
ステップＳ１１、Ｓ１２において、上述の方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５３】
ステップＳ１３において、複数の測定したエンドエフェクタ３２の位置から、誤差パラメータを推定する。その例を以下に述べる。エンドエフェクタ３２の位置の測定値と数１におけるエンドエフェクタ３２の計算値が同じとするならば数６が成り立つ。
【００５４】
【数６】
ｇ（Ｅ）＝Ｔｋ−Ｘｋ＝０
ただし、
Ｔｋ；ｋ（正の数）番目のエンドエフェクタ３２の位置の測定値
Ｘｋ；ｋ（正の数）番目の測定時の、エンドエフェクタ３２の指令位置（位置の情報）
実際には誤差パラメータの影響で数６は０にならないため、全てのエンドエフェクタ３２の位置の測定値に対して数７のＧが最小になるように、誤差パラメータＥを数値計算で求める。
【００５５】
【数７】
【００５６】
ステップＳ１４において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。なお、誤差補正対象機械が姿勢を制御しない場合は位置の誤差のみの補正を行うことができる。
【００５７】
次に図３ないし図７に示した測定装置を用いてエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を測定し、誤差パラメータを推定し補正することによりエンドエフェクタ３２位置及び姿勢の誤差の補正を行う第９の実施形態での補正方法を図１４に基づき説明する。
【００５８】
ステップＳ２１、Ｓ２２において、上述の方法により、測定基準ＯＢに対するエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢を、エンドエフェクタ３２の位置を変えて複数回繰返し行い、測定する。
【００５９】
ステップＳ２３において、複数の測定したエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢から、数１を用いて未知数である誤差パラメータＥの数に対して必要となるだけの数の連立方程式を解き、誤差パラメータを推定する。その場合、必要となる式の数に対して解Ｘを用意する必要がある。すなわち、必要となる数のエンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の測定を行い、それら測定値から演算を行う。上述のパラレルメカニズム工作機械では数５を用いるが、非線形連立方程式となるため数値計算によって解法する。
【００６０】
ステップＳ２４において、これら誤差パラメータを補正することにより、エンドエフェクタ３２の位置及び姿勢の誤差が補正できる。
【００６１】
上記補正方法の説明においては、図１０のような空間６自由度スチュワートプラットフォーム型パラレルメカニズム工作機械を示したが、本発明に係わる機械はこれに限るものではなく、ロボット、産業機械、測定機、建設機械などでもよい。また、６自由度未満でもよい。さらに、パラレルメカニズムとしてはスチュワートプラットフォーム型に限らず、屈曲型、スライド型でもよい。さらにまた、シリアルメカニズムでもよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１又は２の何れかの発明によれば、アクチュエータによりエンドエフェクタの位置及び姿勢を制御する機械の機構における設計値に対する幾何学的誤差を推定することにより、エンドエフェクタの位置及び姿勢の誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図２】第２の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図３】第３の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図４】パラレルメカニズムの模式図。
【図５】第３の実施形態を示す測定装置の他の例を示す斜視図。
【図６】二又自在継手の１例を示す。
【図７】第４の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図８】第５の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図９】第６の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図１０】誤差補正の対象である機械の１例としてのパラレルメカニズム工作機械を示す。
【図１１】第７の実施形態を示す測定装置の１例を示す斜視図。
【図１２】第７の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【図１３】第８の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【図１４】第９の実施形態を示す誤差補正方法の１例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１・・基台、２ａ、２ｂ、２ｃ・・自在継手固定部材、３ａ、３ｂ、３ｃ・・鋼球、４・・自在継手固定部材、５ａ、５ｂ、５ｃ・・鋼球、６・・測長装置、７・・被測定物、８・・テーブル、９・・自在継手固定部材、１０・・自在継手固定部材、３１・・テーブル、３２・・エンドエフェクタ、３３・・自在継手、３４・・ボールねじ、３５・・自在継手、３６・・サーボモータ、３７・・フレーム、４１・・自在継手固定部材。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of correcting an error of a position or a position and an attitude of an end effector of a machine that controls a position and an attitude of an end effector by an actuator.
[0002]
[Prior art]
Zeroing or measuring the geometrical error of a machine, such as a machine tool or robot, that controls the position and orientation of the spindle, tool, hand, and other components (hereinafter collectively referred to as end effectors) using actuators. Is very difficult, and the position and orientation of the end effector include an error due to the effect of the error. In order to correct the error of the position and orientation of the end effector, in Patent Document 1, the end effector of the robot is aligned with a jig having a plurality of known reference points, and the position detector attached to the robot at that time is used. Detecting the position, estimating the geometric error of the robot mechanism from the deviation between the detected position and the previously measured reference position, and correcting this error to correct the position and orientation of the end effector The error has been corrected.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-4-221806
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in correcting the error of the position and orientation of the end effector of the robot, it is necessary to manufacture the jig with high accuracy, and to align the end effector of the robot with the jig with high accuracy. There was a problem that was difficult. Further, there has been no compact measuring device for measuring the position and orientation of an object to be measured supported by another member such as the end effector.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has as its object to provide a machine in which the position and orientation of an end effector can be controlled by an actuator, and the distance between the end effector and the fixing unit of the machine. Alternatively, based on a measurement value obtained by a measuring device capable of measuring the position or the position and orientation of the end effector, the geometrical error of the mechanism of the machine is estimated and corrected, and the error of the position and orientation of the end effector is corrected. To provide a machine error correction method for correcting the error.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 corrects an error between a command value of the end effector and an actual position in a machine that controls the position and orientation of the end effector with respect to a base by an actuator. A method comprising: positioning the end effector at any of a plurality of positions; measuring a distance between one point on the end effector and three points on a base; and measuring the distance between the arbitrary positions based on the measured values. Obtain the position of the end effector, estimate the geometric error of the mechanical mechanism of the machine such that the difference between the commanded position and the position of the end effector with respect to the base obtained at all of the plurality of arbitrary positions is minimized. By using the geometric error as a correction value, an error in the position and orientation of the end effector is corrected.
[0007]
The invention according to claim 2 is a method of correcting an error between a command value of the end effector and an actual position in a machine that controls the position and orientation of the end effector with respect to a base by an actuator, wherein the end effector is arbitrarily controlled. And measuring the distance between each of the three points on the base and each of the three points on the base with respect to the three points on the end effector, and obtaining the position and orientation of the end effector at the arbitrary plurality of positions based on the measured values. By estimating the geometric error of the mechanism of the machine from the position and orientation obtained at all of the plurality of arbitrary positions and the command value of the end effector, and setting the geometric error as a correction value, the end effector Is corrected.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an example of the measuring apparatus according to the first embodiment, and shows a measuring apparatus that measures the position of a reference OH of the DUT 7 with respect to a measurement reference OB.
[0009]
Three universal joint fixing members 2a, 2b, 2c are mounted on a base 1 serving as a measurement reference OB, and steel balls 3a, 3b, 3c are fixed to the respective universal joint fixing members 2a, 2b, 2c. I have. The universal joint fixing member 4 is attached to the DUT 7 supported by a member (not shown), and a steel ball 5 is fixed to the universal joint fixing member 4. The length measuring device 6 is a measuring device such as a so-called double ball bar, which has magnetism at both ends, has a member for receiving one of the steel balls 3a, 3b, 3c and the steel ball 5, and has a steel ball 3a, It is attached by magnetic force between any one of 3b and 3c and the steel ball 5. The steel balls 3a, 3b, 3c and the steel ball 5 function as a universal joint, and the length measuring device 6 attached by magnetic force can be tilted in any direction about the center point of the ball.
[0010]
Subsequently, a measurement method according to the first embodiment will be described. Three universal joint fixing members 2a, 2b, 2c and steel balls 3a, 3b, 3c are mounted on the base 1, and the position of the center point of the steel balls 3a, 3b, 3c with respect to the measurement reference OB is known in advance by measurement or the like. Keep it. Further, the universal joint fixing member 4 and the steel ball 5 are attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the measured object 7 is known in advance by measurement or the like.
[0011]
First, the length measuring device 6 is attached between the steel ball 3a and the steel ball 5, and the distance between the center points of the steel ball 3a and the steel ball 5 is measured. In the manner of three-point surveying for measuring the distance between three known points and another point and specifying the position of the point, the above measurement is repeated for each of the other steel balls 3b and 3c, The distance between the ball 3b and the center point of the steel ball 5 and the distance between the steel ball 3c and the center point of the steel ball 5 are measured. The measured distance between the center points of the steel balls 3a, 3b, 3c and the steel ball 5, the position of the center point of the steel balls 3a, 3b, 3c with respect to the measurement reference OB, and the position of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the DUT 7 The position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB is determined from the position of the center point. In addition, in order to improve the measurement accuracy, the above-described measurement is not limited to three times but may be performed four times or more and an average may be obtained.
[0012]
FIG. 2 is a perspective view of an example of the measuring apparatus according to the second embodiment, which shows a measuring apparatus for measuring the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB. And description thereof is omitted.
[0013]
In the second embodiment, a saddle 13 is slidably mounted on a base 1 serving as a measurement reference OB, moved in the X-axis direction by a motor 11, and its position is detected by a position detector 12. Further, the table 8 is slidably mounted on the saddle, is moved in the Y-axis direction by the motor 14, and the position is detected by the position detector 15. The universal joint fixing member 2 is attached to a table 8, and a steel ball 3 is fixed to a tip of the table. Therefore, the steel ball 3 and the universal joint fixing member 2 can be positioned at any positions in the XY plane by the movement of the saddle 13 by the motor 11 and the movement of the table 8 by the motor 14. The length measuring device 6 is attached by magnetic force between the steel ball 3 and the steel ball 5 attached to the workpiece 7 via the universal joint fixing member 4.
[0014]
Next, a measurement method according to the second embodiment will be described. The universal joint fixing member 2 and the steel ball 3 are mounted on the table 8, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB when the table 8 is positioned at a specific position is measured in advance and the position detectors 12, 15 are provided. To be known. The universal joint fixing member 4 and the steel ball 5 are attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the measured object 7 is known in advance by measurement or the like.
[0015]
Next, the saddle 13 and the table 8 are moved by the motor 11 and the motor 14 to position the steel ball 3 on the table at an arbitrary position, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB is determined by the position detectors 12 and 15. Is detected by Thereafter, the length measuring device 6 is attached between the steel ball 3 and the steel ball 5, and the distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5 is measured. Similarly, the steel ball 3 is moved, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB and the distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5 are measured at three arbitrary positions. The measured distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5 at the three positions, the position of the center point of the steel ball 3 at the three positions with respect to the measurement reference OB, and the known reference OH of the DUT 7 The position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB is obtained from the position of the center point of the steel ball 5 with respect to
[0016]
FIG. 3 is a perspective view of an example of the measuring apparatus according to the third embodiment, which shows a measuring apparatus for measuring the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB and the attitude of the DUT 7. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0017]
In the third embodiment, a universal joint fixing member 9 to which three steel balls 5a, 5b, and 5c are fixed is attached to the DUT 7. Next, a measuring method according to the third embodiment will be described. At least three universal joint fixing members 2a, 2b, 2c and steel balls 3a, 3b, 3c are mounted on the base 1, and the position of the center point of the steel balls 3a, 3b, 3c with respect to the measurement reference OB is measured in advance. To be known. Further, a universal joint fixing member 9 to which the steel balls 5a, 5b, 5c are fixed is attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel balls 5a, 5b, 5c with respect to the reference OH of the measured object 7 is measured in advance. Keep it known.
[0018]
Next, the length measuring device 6 is attached between the steel ball 5a and the steel ball 3a, and the distance between the center points of the steel ball 5a and the steel ball 3a is measured. The above measurement is repeated for each of the steel balls 3b and 3c to measure the distance between the center points of the steel balls 5a and 3b and the center point of the steel balls 5a and 3c. From the measured distance between the center points of the steel ball 5a and the steel balls 3a, 3b, 3c and the position of the center point of the steel balls 3a, 3b, 3c with respect to the measurement reference OB, the position of the center point of the steel ball 5a with respect to the measurement reference OB Ask for. Similarly, the length measuring device 6 is attached to the steel balls 5b and 5c, and the above measurements are respectively performed to determine the position of the center point of the steel balls 5b and 5c with respect to the measurement reference OB. From the obtained positions of the center points of the three steel balls 5a, 5b, and 5c and the known positions of the center points of the steel balls 5a, 5b, and 5c with respect to the reference OH of the DUT 7, the reference OH of the DUT 7 is determined. The position and orientation can be determined.
[0019]
A method different from the above-described measurement method will be described below. FIG. 4 shows the positional relationship between the center points of the six steel balls 3 attached to the base 1 and the three steel balls 5 attached to the DUT 7 assuming a 6-degree-of-freedom parallel mechanism. is there. In FIG. 4, the pairs B1, B2, B3, B4, B5, and B6 at the fixed node TB are the center points of the six steel balls 3 attached to the base 1, and the pairs P1, P2, P3 is the center point of the three steel balls 5 attached to the DUT 7, and the nodes L1, L2, L3, L4, L5, and L6 are the steel balls 3 and 5 measured by the length measuring device 6, respectively. Is the distance between the center points. From the lengths of the nodes L1, L2, L3, L4, L5, and L6, the position and inclination of the moving node TP can be obtained by performing a forward mechanism conversion of the parallel mechanism. Therefore, the position and orientation of the DUT 7 can be specified from the reference OH of the DUT 7, the positional relationship between the universal joint fixing member 9 and the three steel balls 5a, 5b, 5c.
[0020]
In FIG. 4, the number of even nodes B1 to B6 is six in the fixed node TB, but three may be used. The number of even nodes in the mobile node TP may be three in the pair P1 to P3, but may be six. .
[0021]
FIG. 5 shows the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB and the DUT from the distance between the center points of the six steel balls attached to the base and the six steel balls attached to the DUT. 7 is a perspective view of an example of a measuring device for measuring the posture of FIG. The relationship between the six steel balls 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f and the center points of the steel balls 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, and 5f is a space 6-degree-of-freedom parallel mechanism. 6b, 6c, 6d, 6e, and 6f are used to measure the distances between the center points of the steel balls, and based on the measured values, perform a forward mechanism conversion of a parallel mechanism to obtain the reference OH of the DUT 7 and the six The position and orientation of the DUT 7 can be specified from the positional relationship of the steel balls 5.
[0022]
When the number of pairs is three, a forked universal joint having two joints on one side is used. FIG. 6 shows a forked spherical universal joint as an example of a forked universal joint. A node 21 is attached to a socket 22, a node 26 is attached to a hemisphere 24 fitted between the socket 22 and the lid 23, and a node 27 is attached to a hemisphere 25. With this configuration, the hemisphere 24 and the hemisphere 25 can rotate with respect to each other about an axis that is perpendicular to the plane that each has and that passes through the center point of the circle that each has, and can tilt in any direction within the socket 22. it can. Note that the bifurcated universal joint is not limited to the spherical joint described above, but may be a combination of rotary bearings.
[0023]
FIG. 7 is a perspective view of an example of the measuring apparatus according to the fourth embodiment, which shows a measuring apparatus that measures the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB and the attitude of the DUT 7. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The fourth embodiment is different from the second embodiment in that a universal joint fixing member 9 in which three steel balls 5a, 5b, and 5c are fixed to an object to be measured 7 is attached. The universal joint fixing member 2 and the steel ball 3 are mounted on the table 8, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB when the table 8 is positioned at a specific position is measured in advance and the position detectors 12, 15 are provided. To be known. Further, a universal joint fixing member 9 to which the steel balls 5a, 5b, 5c are fixed is attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel balls 5a, 5b, 5c with respect to the reference OH of the measured object 7 is measured in advance. Keep it known.
[0024]
Next, as in the second embodiment, the steel ball 3 mounted on the table 8 is moved by the motor 11 and the motor 14, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB at any three positions and The distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5a is measured, and the position of the center point of the steel ball 5a with respect to the measurement reference OB is determined. Similarly, the length measuring device 6 is attached to the steel balls 5b and 5c, and the above measurements are respectively performed to determine the position of the center point of the steel balls 5b and 5c with respect to the measurement reference OB. From the obtained positions of the center points of the three steel balls 5a, 5b, and 5c and the known positions of the center points of the steel balls 5a, 5b, and 5c with respect to the reference OH of the DUT 7, the reference OH of the DUT 7 is determined. The position and orientation can be determined.
[0025]
Further, the relationship between the positions of the center points of the steel balls 3 positioned at three places by moving the table 8 and the three steel balls 5a, 5b, and 5c attached to the DUT 7 is determined by a space 6-degree-of-freedom parallel mechanism. Assuming and performing the forward mechanism conversion of the parallel mechanism based on the distance between the center points of the three steel balls 3 and the steel balls 5a, 5b, and 5c measured using the length measuring device 6, the object 7 to be measured is obtained. Can be specified.
[0026]
FIG. 8 is a perspective view of an example of a measuring apparatus according to the fifth embodiment, which shows a measuring apparatus for measuring the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB and the attitude of the DUT 7. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the fifth embodiment, the universal joint fixing member 10 to which the steel ball 5 is fixed is attached to the DUT 7, but the universal joint fixing member 10 or the DUT 7 is angle-indexed with respect to the third embodiment. A different point is that the universal joint fixing member 10 rotates with respect to a certain rotation center axis and can be positioned at an arbitrary angle. At least three universal joint fixing members 2a, 2b, 2c and steel balls 3a, 3b, 3c are mounted on the base 1, and the position of the center point of the steel balls 3a, 3b, 3c with respect to the measurement reference OB is measured in advance. To be known. Further, a universal joint fixing member 10 to which the steel ball 5 is fixed is attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the measured object 7 is known in advance by measurement or the like. By making the relationship between the reference of the universal joint fixing member 10 and the rotation center axis known in advance, the center point position of the steel ball 5 becomes known even when the steel ball 5 is positioned at an arbitrary angle. The steel ball 5 is fixed to the universal joint fixing member 10 eccentrically with respect to the rotation center axis.
[0027]
First, the universal joint fixing member 10 is positioned at an arbitrary angle, the distance between the center points of the steel ball 5 and the three steel balls 3a, 3b, 3c is measured by the length measuring device 6, and the steel ball 5 with respect to the measurement reference OB is measured. Find the position of the center point. Next, the universal joint fixing member 10 is positioned at an arbitrary angle different from the above, the same measurement is performed, and the determination of the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the measurement reference OB is repeated. From the position of the center point of the steel ball 5 at the three angular positions obtained as described above and the known center position of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the DUT 7, the position of the reference OH of the DUT 7 Posture can be determined.
[0028]
Further, the relationship between three or more steel balls 3a, 3b, and 3c attached on the base 1 and the center point of the steel balls 5 attached to the DUT 7 and positioned at three angles is represented by a space 6 By assuming a parallel mechanism with a degree of freedom, based on the distance between the center points of the steel balls 3a, 3b, 3c and the three steel balls 5 measured using the length measuring device 6, a forward mechanism conversion of the parallel mechanism is performed. , The position and orientation of the DUT 7 can be specified.
[0029]
FIG. 9 is a perspective view of an example of the measuring apparatus according to the sixth embodiment, which shows a measuring apparatus for measuring the position of the reference OH of the DUT 7 with respect to the measurement reference OB and the attitude of the DUT 7. The same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the sixth embodiment, the universal joint fixing member 10 to which the steel ball 5 is fixed is attached to the DUT 7, but the universal joint fixing member 10 or the DUT 7 is angle-indexed with respect to the fourth embodiment. A different point is that the universal joint fixing member 10 rotates with respect to a certain rotation center axis and can be positioned at an arbitrary angle. The universal joint fixing member 2 and the steel ball 3 are mounted on the table 8, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB when the table 8 is positioned at a specific position is measured in advance and the position detectors 12, 15 are provided. To be known. Further, a universal joint fixing member 10 to which the steel ball 5 is fixed is attached to the measured object 7, and the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the measured object 7 is known in advance by measurement or the like. By making the relationship between the reference of the universal joint fixing member 10 and the rotation center axis known in advance, the center point position of the steel ball 5 becomes known even when the steel ball 5 is positioned at an arbitrary angle. The steel ball 5 is fixed to the universal joint fixing member 10 eccentrically with respect to the rotation center axis.
[0030]
First, the universal joint fixing member 10 is positioned at an arbitrary angle, and then, as in the fourth embodiment, the steel ball 3 is moved by the motor 11 and the motor 14, and the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB is set at any three positions. The position of the center point of the steel ball 5 with respect to the measurement reference OB is determined by measuring the position of the center point of No. 3 and the distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5. Next, the universal joint fixing member 10 is positioned at an arbitrary angle different from the above, the same measurement is performed, and the determination of the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the measurement reference OB is repeated. From the position of the center point of the steel ball 5 at the three angular positions obtained as described above and the known center position of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the DUT 7, the position of the reference OH of the DUT 7 Posture can be determined.
[0031]
Further, by moving the table 8, the relationship between the position of the steel ball 3 positioned at three positions and the center point of the steel ball 5 attached to the object 7 and positioned at three angles is represented by a space 6 degrees of freedom parallel mechanism. Assuming that the distance between the center points of the three steel balls 3 and the three steel balls 5 measured by using the length measuring device 6 is converted to a forward mechanism of a parallel mechanism, the target object 7 is measured. Can be specified.
[0032]
Regarding the first to sixth embodiments, the universal joint fixing member 2 and the base 1 or the table 8 may be integrated, and the steel ball 3 may be directly attached to the base 1 or the table 8. The fixing member 2 and the steel ball 3 may be integrated. Further, the universal joint fixing member 4, the universal joint fixing member 9, or the universal joint fixing member 10 and the steel ball 5 may be integrated. Further, the steel ball 3 and / or the steel ball 5 may be fixed to both ends or one end of the length measuring device 6 in advance, in which case, the universal joint fixing member 2 and / or the universal joint fixing member 4 or the universal joint fixing member. The universal joint fixing member 9 or the universal joint fixing member 10 has a magnetized steel ball mounting portion. Furthermore, the universal joint may be one that is inclined in all directions, and may be not only a combination of a steel ball and a magnetic receiving portion, but also a joint in which a plurality of spherical joints and rotary joints are combined. Further, the double ball bar has been described as the length measuring device 6, but the present invention is not limited to this, and a length measuring device having a wide length measuring range by a linear encoder or the like may be used. Further, in a measuring device in which three or more steel balls 3a, 3b, and 3c are mounted on the base 1, a plurality of length measuring devices are used as shown in FIG. The distance may be measured simultaneously.
[0033]
FIG. 10 is a perspective view of a Stewart-platform parallel mechanism machine tool having six degrees of freedom in space as an example of a machine for controlling the position and posture of an end effector by an actuator according to the error correction method of the first or second aspect of the present invention. . The end effector 32 having a tool attachment portion is attached to a ball screw 34 via a universal joint 33, and the ball screw 34 is attached to a frame 37 via a universal joint 35. The position and posture of the end effector 32 are controlled by rotating the nut of the ball screw 34 by the servo motor 36 attached to the universal joint 35 and changing the length of the ball screw 34 between the universal joint 33 and the universal joint 35. I do. A tool is attached to the end effector 32, and a workpiece is placed on the table 31 to perform processing. Since the table 31 and the frame 37 are fixed, they may be considered to be integral.
[0034]
Such a machine includes a position error of the rotation center point of the universal joint 33 with respect to a reference point of the end effector 32, a position error of the rotation center point of the universal joint 35, and a ball screw 34 between the universal joint 33 and the universal joint 35. There is a geometric error (error parameter) with respect to the design value such as a length error. Due to the influence of this error, an error is included in the position and orientation of the end effector 32 with respect to the command. The first or second aspect of the present invention provides a method for correcting the position and orientation errors of the end effector 33 by estimating and correcting the error parameter.
[0035]
FIG. 11 is a perspective view of an example of the apparatus used in the seventh embodiment, and measures the distance between the center of the steel ball 3 provided on the table 31 and the center of the steel ball 5 provided on the end effector 32. It shows the device, and the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0036]
A universal joint fixing member 41 is mounted on a table 31 serving as a measurement reference OB, and a steel ball 3 is fixed to the universal joint fixing member 41. The universal joint fixing member 4 is attached to an end effector 32 supported by a member (not shown), and a steel ball 5 is fixed to the universal joint fixing member 4. The length measuring device 6 is magnetized at both ends, and is attached between the steel ball 3 and the steel ball 5 by magnetic force. The steel ball 3 and the steel ball 5 function as a universal joint, and the length measuring device 6 attached by magnetic force can tilt in any direction about the center point of the ball.
[0037]
Next, a measurement method according to the seventh embodiment will be described with reference to FIG. The universal joint fixing member 41 and the steel ball 3 are mounted on the table 31, and the position of the center point of the steel ball 3 with respect to the measurement reference OB is known in advance by measurement or the like. Furthermore, the universal joint fixing member 4 and the steel ball 5 are attached to the end effector 32, and the position of the center point of the steel ball 5 with respect to the reference OH of the end effector 32 is known in advance by measurement or the like.
[0038]
In step S1, the length measuring device 6 is attached between the steel ball 3 and the steel ball 5, and the distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5 is measured. The above measurement is repeated a plurality of times while changing the position and orientation of the end effector 32, and the distance between the center points of the plurality of steel balls 3 and the steel balls 5 is measured.
[0039]
In step S2, an error parameter is estimated from the measured distance between the center points of the steel ball 3 and the steel ball 5. An example is described below. Equation 1 represents that the position and orientation of the end effector 32 are changed by changing the error parameter.
[0040]
(Equation 1)
X = h (E)
However,
E; n (positive number) error parameters
X: Position and posture of end effector 32
[0041]
As described above, since the positional relationship between the reference of the end effector 32 and the center point of the steel ball 5 on the measuring device attached to the end effector 32 is known, the center of the steel ball 5 is determined from the position and posture of the end effector 32. The position of the point can be obtained by Equation 2.
[0042]
(Equation 2)
Y = h '(E)
However,
Y; the position of the center point of the steel ball 5 in the measuring device attached to the end effector 32
[0043]
If the measured value of the center-to-center distance between the center point of the steel ball 3 and the center point of the steel ball 5 attached to the end effector 32, which is the measurement reference, is the same as the calculated value, Equation 3 holds.
[0044]
(Equation 3)
f (E) = mk 2− (Yk−0)2= 0
However,
mkThe k-th (positive number) measured value (center distance between steel ball 3 and steel ball 5)
YkThe commanded position of the center point of the steel ball 5 at the time of the k (positive number) measurement
0: Position of measurement reference (position of center point of steel ball 3)
[0045]
Actually, Equation 3 does not become 0 due to the influence of the error parameter.
Therefore, the error parameter E is obtained by numerical calculation so that F in Equation 4 is minimized for all the measured values. The Newton-Raphson method or the like is used for the numerical calculation.
[0046]
(Equation 4)
[0047]
The error parameters in the above-mentioned Stewart platform type parallel mechanism machine tool include the position including the error of the rotation center point of the universal joint 33 with respect to the reference point of the end effector 32, and the error of the rotation center point of the universal joint 35 with respect to the reference point of the machine. , And the length of the ball screw 34 between the universal joint 33 and the universal joint 35, and a set of the ball screw 34, the universal joint 33, and the universal joint 35 can be expressed by Equation 5.
[0048]
(Equation 5)
Li= | Bi-MX(Pi) ｜
However,
i; 1 to 6
PiA position including an error of the rotation center point of each universal joint 33 with respect to the reference point of the end effector 32;
X: Position and posture of end effector 32
M: operator for moving a point to a specified position and orientation X
BiA position including an error of the rotation center point of each universal joint 35 with respect to the reference point of the machine
LiA length including an error of the ball screw 34 between the universal joint 33 and the universal joint 35
[0049]
Since Equation 5 is a simultaneous nonlinear equation, in Equation 5, in order to obtain the position and orientation X of the end effector 32 at a certain error parameter value, a solution is performed by numerical calculation such as Newton-Raphson method. This calculation corresponds to Equation 1, and since the positional relationship between the reference point of the end effector 32 and the center point of the steel ball 5 on the measuring device attached to the end effector 32 is known, PiIs the position of the rotation center point of each joint 33 with respect to the center point of the steel ball P5. The above error parameter can be obtained by performing measurement while arbitrarily changing the position and orientation of the end effector 32 and numerically calculating Equation 4 using the obtained measured values.
[0050]
In step S3, by correcting these error parameters, errors in the position and orientation of the end effector 32 can be corrected. If the error correction target machine does not control the posture, correction of only the position error can be performed.
[0051]
Next, the position of the end effector 32 is measured using the measuring device shown in FIG. 1 or FIG. 2, and an error in the position and orientation of the end effector 32 is corrected by estimating and correcting an error parameter. A correction method in the embodiment will be described with reference to FIG.
[0052]
In steps S11 and S12, the position and orientation of the end effector 32 with respect to the measurement reference OB are repeatedly measured a plurality of times by changing the position of the end effector 32 by the above-described method.
[0053]
In step S13, an error parameter is estimated from a plurality of measured positions of the end effector 32. An example is described below. If the measured value of the position of the end effector 32 and the calculated value of the end effector 32 in Equation 1 are the same, Equation 6 holds.
[0054]
(Equation 6)
g (E) = Tk-Xk= 0
However,
TkA measurement of the position of the k (positive number) th end effector 32
XkThe command position (position information) of the end effector 32 at the time of the k-th (positive number) measurement
In practice, Equation 6 does not become 0 due to the influence of the error parameter. Therefore, the error parameter E is obtained by numerical calculation so that G in Equation 7 is minimized for all the measured values of the positions of the end effectors 32.
[0055]
(Equation 7)
[0056]
In step S14, by correcting these error parameters, errors in the position and orientation of the end effector 32 can be corrected. If the error correction target machine does not control the posture, correction of only the position error can be performed.
[0057]
Next, the position and orientation of the end effector 32 are measured using the measuring apparatus shown in FIGS. 3 to 7, and the error and the error of the end effector 32 are corrected by estimating and correcting the error parameter. A correction method according to the embodiment will be described with reference to FIG.
[0058]
In steps S21 and S22, the position and orientation of the end effector 32 with respect to the measurement reference OB are repeatedly measured a plurality of times by changing the position of the end effector 32 by the above-described method.
[0059]
In step S23, from the plurality of measured positions and orientations of the end effector 32, as many simultaneous equations as necessary with respect to the number of unknown error parameters E are solved using Equation 1, and the error parameters are estimated. . In that case, it is necessary to prepare a solution X for the number of necessary equations. That is, the position and orientation of the required number of end effectors 32 are measured, and calculations are performed from the measured values. In the above parallel mechanism machine tool, Equation 5 is used. However, since it is a nonlinear simultaneous equation, it is solved by numerical calculation.
[0060]
In step S24, by correcting these error parameters, errors in the position and orientation of the end effector 32 can be corrected.
[0061]
In the description of the above correction method, a Stewart platform parallel mechanism machine tool with six degrees of freedom as shown in FIG. 10 has been described. It may be a construction machine. Further, it may have less than six degrees of freedom. Further, the parallel mechanism is not limited to the Stewart platform type, but may be a bent type or a slide type. Furthermore, a serial mechanism may be used.
[0062]
【The invention's effect】
According to any one of the first and second aspects of the present invention, the error of the position and orientation of the end effector is estimated by estimating the geometric error with respect to the design value in the mechanism of the machine that controls the position and orientation of the end effector by the actuator. Can be corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a third embodiment.
FIG. 4 is a schematic view of a parallel mechanism.
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the measuring apparatus according to the third embodiment.
FIG. 6 shows an example of a forked universal joint.
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a measuring device according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a sixth embodiment.
FIG. 10 shows a parallel mechanism machine tool as an example of a machine to be subjected to error correction.
FIG. 11 is a perspective view showing an example of a measuring apparatus according to a seventh embodiment.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of an error correction method according to the seventh embodiment.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of an error correction method according to the eighth embodiment.
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of an error correction method according to the ninth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 base 2a 2b 2c universal joint fixing member 3a 3b 3c steel ball 4 universal joint fixing member 5a 5b 5c steel ball 6 measurement Long device, 7 ... Measurement object, 8 ... Table, 9 ... Universal joint fixing member, 10 ... Universal joint fixing member, 31 ... Table, 32 ... End effector, 33 ... Universal joint, 34 ... · Ball screw, 35 · · · universal joint, 36 · · · servo motor, 37 · · · frame, 41 · · · universal joint fixing member.